Protótipo de um dosador de líquidos automatizado

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UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ – UTFPR DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE ELETROTÉCNICA – DAELT

CURSO SUPERIOR DE TECNOLOGIA EM ELETROTÉCNICA AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL

DAVID MARTINS JATOBÁ DHUAN PIRES CRISTOFOLINI FRANCISCO DA ROCHA E CASTRO LEAL

PROTÓTIPO DE UM DOSADOR DE LÍQUIDOS AUTOMATIZADO

TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO

CURITIBA 2013

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DHUAN PIRES CRISTOFOLINI FRANCISCO DA ROCHA E CASTRO LEAL

PROTÓTIPO DE UM DOSADOR DE LÍQUIDOS AUTOMATIZADO

Projeto apresentado como pré-requisito para o Trabalho de Conclusão de Curso de graduação, do Curso Superior de Tecnologia em Automação Industrial do Departamento Acadêmico de Eletrotécnica – DAELT – da Universidade Tecnológica Federal do Paraná – UTFPR.

Orientador: Marcelo Rodrigues, M.Sc

CURITIBA 2013

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DAVID MARTINS JATOBÁ DHUAN PIRES CRISTOFOLINI FRANCISCO DA ROCHA E CASTRO LEAL

PROTÓTIPO DE UM DOSADOR DE LÍQUIDOS AUTOMÁTIZADO

Este Trabalho de Diplomação foi julgado e aprovado como requisito parcial para a obtenção do Título de Tecnólogo em Automação Industrial, do Curso Superior de Tecnologia em Automação Industrial da Universidade Tecnológica Federal do Paraná.

Curitiba, 30 de setembro de 2013.

____________________________________ Profª José da Silva Maia,M.Sc.

Coordenadora de Curso

Departamento Acadêmico de Eletrotécnica

____________________________________ Prof. Jean Carlos Cardozo da Silva,D.Sc. Responsável pelo Trabalho de Conclusão de Curso

Departamento Acadêmico de Eletrotécnica

BANCA EXAMINADORA

________________________________ Profª. Marcelo Rodrigues, M.Sc.

Universidade Tecnológica Federal do Paraná Orientador

_____________________________________ Prof Rubem Petry, M. Sc.

Universidade Tecnológica Federal do Paraná

_____________________________________ Prof Rosângela Winter, M. Sc.

Universidade Tecnológica Federal do Paraná

_____________________________________ Profª José da Silva Maia,M.Sc.

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Gostaríamos de agradecer às pessoas que de forma direta ou indireta contribuíram na realização deste trabalho. Sendo assim, agradecemos a Deus por ter nos dado sabedoria para conseguir contornar os momentos difíceis diante das dificuldades encontradas até a realização final deste trabalho.

Nossos sinceros agradecimentos a todos os familiares, em especial aos nossos queridos pais que sempre de forma encorajadora nos deram força e palavras de otimismo.

Não poderíamos deixar de agradecer nosso orientador, professor Marcelo

Rodrigues, pela competência na qual exerce todas as atividades que se propõe a

realizar, pela sua dedicação, amizade, disponibilidade e principalmente por contribuir com tantos ensinamentos. Carregamos tudo isso juntamente com seu exemplo de profissionalismo.

Aos professores e amigos que quando presentes sempre nos davam uma palavra de força, compartilhavam nossas alegrias quando vencíamos mais um obstáculo, nossas tristezas quando não dava certo, mas que nunca deixavam a gente desistir.

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RESUMO

JATOBÁ, David; CRISTOFOLINI, Dhuan Pires; LEAL, Francisco da R. e C.; Sistema Automático - Dosador de Líquidos. Projeto de Pesquisa – Tecnologia em Eletrotécnica – Modalidade Automação Industrial, UTFPR – Universidade Tecnológica Federal do Paraná.

Os equipamentos de processo, tais como transportadores, esteiras e dosadores, utilizados na indústria têm a intensão de melhorar o produto financeiramente e tecnicamente, visando à segurança do trabalhador e a qualidade do produto. O aproveitamento destas novas competências incorporadas a processos convencionais são tendências do mercado global. O processo de dosagem de líquidos possui uma grande demanda em indústrias farmacêuticas, cosméticas, químicas e alimentícias. Este projeto visa automatizar o processo de dosagem de líquidos que não necessitam de muita precisão, com foco em pequenas empresas, utilizando equipamentos de baixo custo visando economia, aumento de produtividade e qualidade do processo. Para que isto ocorra desenvolveu-se o estudo, projeto e fabricação de um protótipo que atenda as necessidades básicas de um processo de produção de dosagem de líquidos utilizando componentes de automação comandados por um supervisório. Traz como resultado, uma redução no custo de implementação do sistema, maior controle , qualidade da produção e diminuição de retrabalhos durante o processo de dosagem de líquidos.

Palavras-chave:Sistemas de Dosagem de Líquidos, Supervisório, Controlador

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JATOBÁ, David; CRISTOFOLINI, Dhuan Pires; LEAL, Francisco da R. e C.; Sistema Automático - Dosador de Líquidos. Projeto de Pesquisa – Tecnologia em Eletrotécnica – Modalidade Automação Industrial, UTFPR – Universidade Tecnológica Federal do Paraná.

The process equipment such as conveyors, feeders and conveyors, used in the industry have the intention of improving the product financially and technically in order to worker safety and product quality. The use of these new skills incorporated into conventional processes are global market trends. The process liquid dosing has a great demand in the pharmaceutical, cosmetic, chemical and food industries. This project aims to automate the process of dispensing liquids that do not require a lot of precision, focusing on small business, using low cost equipments aiming savings, increasing productivity and process quality. For this to happen we will develop the study, design and manufacture of a prototype that meets the basic needs of a production process liquid dosing using automation components controlled by a supervisor. Brings as a result, a reduction in the cost of system implementation, increased control, and production quality and reduced rework during liquid dosing.

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LISTA DE FIGURAS

Figura 1 - Fluxograma da metodologia... 09

Figura 2 - Painel frontal do supervisório...15

Figura 3 - Diagrama de blocos do supervisório...16

Figura 4 - Vasos comunicantes...20

Figura 5 - Vista Isométrica do projeto...21

Figura 6 - Base Mecânica do projeto...22

Figura 7 - Sistema de deslocamento linear...23

Figura 8 - Especificações técnicas do motor de passo...25

Figura 9- Especificações técnicas do driver AKDMP5-1.7ª......26

Figura 10 -Tela de login......27

Figura 11 -Tela de cadastro de usuário...28

Figura 12 -Tela de operação...29

Figura 13 -Tela de cadastro de receitas...30

Figura 14 -Tela de histórico...31

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Quadro 1-Equipamento CLP software e hardware...12

Quadro 2-Hierarquia da automação...17

Quadro 3-Principais materiais elétricos utilizados...24

Quadro 4-Mapeamento do CLP...25

Quadro 5-Níveis de acesso e telas liberadas...28

Quadro 6-Sugestões de melhorias para maior desempenho do protótipo...40

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LISTA DE TABELAS

Tabela1-Resultados obtidos antes dos ajustes no sistema...34

Tabela2-Resultados obtidos após os ajustes no sistema...35

Tabela3-Resultados obtidos após o ciclo de dosagem completo...36

Tabela4-Orçamento previsto para o desenvolvimento do protótipo...37

Tabela5-Valor gasto para o desenvolvimento do protótipo...37

Tabela6-Valor previsto para as melhorias no desenvolvimento do protótipo...38

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INTRODUÇÃO ... 4 1.1 TEMA ... 4 1.1.1 DELIMITAÇÃO DO TEMA ... 5 1.2 PROBLEMAS E PREMISSAS ... 5 1.3 OBJETIVOS ... 6 1.3.1 OBJETIVO GERAL ... 6 1.3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ... 6 1.4 JUSTIFICATIVA ... 6 1.5 PROCEDIMENTOS METODOLÓGICOS ... 7 ... 9

Figura 1- Fluxograma da metodologia ... 9

1.6 ESTRUTURA DO TRABALHO ... 10

2.REFERENCIAL TEÓRICO ... 11

2.1 DOSADORES ... 11

2.1.1 DOSADOR GRAVIMÉTRICO (MÁSSICO) ... 11

2.1.2 DOSADOR VOLUMÉTRICO ... 11

2.2 CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMÁVEL ... 12

2.3 SISTEMA DE SUPERVISÃO ... 13 2.3.1 Software LabVIEW ... 14 2.4 REDES DE COMUNICAÇÃO ... 16 2.4.1 REDE ETHERNET ... 17 2.5 MOTOR DE PASSO ... 18 2.6 VASOS COMUNICANTES ... 19 3. DESENVOLVIMENTO ... 21 3.1 PROJETO MECÂNICO ... 21 3.1.1 BASE MECÂNICA ... 22

3.1.2 SISTEMA DE DESLOCAMENTO LINEAR ... 22

3.2 PROJETO ELÉTRICO ... 24

3.2.1 CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMÁVEL ... 24

3.2.2 MOTOR DE PASSO ... 25

3.3 SOFTWARE SUPERVISÓRIO ... 27

3.3.1 TELA DE LOGIN ... 27

3.3.2 TELA DE CADASTRO DE USUÁRIOS ... 28

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3.3.4 TELA DE CADASTRO DE RECEITAS ... 30 3.3.5 TELA DO HISTÓRICO ... 31 3.3.6 TELA DE MANUTENÇÃO ... 32 4.TESTES E VALIDAÇÃO ... 33 4.1 TESTE MANUAL ... 33 4.2 TESTE AUTOMÁTICO ... 33

4.4 ANÁLISE DE CUSTO TOTAL DO PROJETO ... 37

5.CONCLUSÃO ... 39

5.1 MELHORIAS PROPOSTAS PARA O PROTÓTIPO ... 39

5.1.1 MELHORIA PARA MAIOR DESEMPENHO DO PROTÓTIPO ... 39

5.1.2 MELHORIA PARA DIMINUIÇÃO DO CUSTO DO PROTÓTIPO ... 40

REFERÊNCIAS E BIBLIOGRAFIA ... 41

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INTRODUÇÃO

1.1 TEMA

As grandes corporações procuram, hoje, aumentar a lucratividade em sua área de atuação reduzindo custos de materiais e mão de obra. No entanto, algumas empresas estão investindo no desenvolvimento dos estudos de engenharia de automação (MORAES e CASTRUCCI, 2010).

Nessa expansão mercadológica o sistema de supervisão passou a ser um aliado importante na gestão das empresas. Pois, permite visualizar dados armazenados, também incorporar rotinas como analises de tendência com base nos valores lidos e parametrizados pelo operador, assim como compor gráficos e relatórios a partir dos dados gravados em memória Pereira, (2010). Todos esses dados coletados têm o objetivo de obter um melhor planejamento de material, mercado, tempo, entre outros.

Outro fator preponderante é a falta de maquinário e equipamentos que se adaptem as reais condições de alguns seguimentos industriais, pois torna mais difícil o processo de modernização e, consequentemente, o aumento de sua produtividade e ingresso no mercado competidor. Entretanto, para Menegatti, (2004) economia brasileira atual está visando, além do aumento da produtividade, também a qualidade de produtos e a redução de custos. Portanto, há a necessidade de se desenvolver equipamentos adequados às condições específicas de produção. Por essas razões, identifica-se a necessidade de desenvolver projetos de máquinas adequadas às condições financeiras das empresas com pequeno recurso financeiro e que contemplem, de forma satisfatória, as demandas de trabalho com melhor rendimento.

Dessa forma pensando na problemática vivenciada por alguns seguimentos industriais, verificou-se a necessidade de criação de um protótipo de dosagem de líquidos automatizada, que possibilitaria um aumento de produtividade, maior agilidade, facilidade de manutenção, valor reduzido,entre outros.

Na indústria química de processos é possível observar, por exemplo, um vasto campo de aplicação e evolução de dosadores. Os dosadores são equipamentos destinados à dosagem de aditivos químicos, cereais, farinha de trigo, líquidos, entre outros produtos de forma constante e regular. São conhecidos vários tipos de

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dosadores que podem ser incorporados em vários arranjos produtivos (PRADO, 2004).

Nas instalações industriais são encontrados dosadores mássicos, ou gravimétricos como também são chamados, são utilizados para dosar certa quantidade de produto tendo como base sua massa. Já os dosadores volumétricos utilizam como medida de dosagem o volume do produto a ser dosado (PRADO, 2004).

1.1.1 DELIMITAÇÃO DO TEMA

A procura pela redução de tempo e valores gastos no processo de produção nas últimas décadas acelerou o desenvolvimento de novas tecnologias, com tempos menores e maior lucratividade. No entanto, muitas das vezes, as pequenas empresas não têm capital de giro suficiente para fazer o investimento necessário. Pretende-se neste projeto, automatizar o sistema de dosagem de líquidos que não necessitem de muita precisão, com foco nas pequenas empresas, utilizando equipamentos de baixo custo, com objetivo de redução dos gastos produtivos, aumento de produtividade e qualidade do processo.

O projeto pretende que o sistema faça a dosagem de líquidos de maneira automatizada, ou seja, o operador define o volume de líquido a ser inserido em determinados recipientes e o dispositivo opera automaticamente até a finalização do ciclo de trabalho. Para desenvolver o protótipo foi construído um sistema de deslocamento linear com um motor de passo atuando sobre o fuso, deslocando o sistema para um ponto pré-determinado pelo sistema de supervisão. O controle será realizado por intermédio de um CLP integrado a um sistema de controle e supervisão desenvolvido na plataforma LabView. O supervisório contemplará modos de operação manual e automática e cabe ao operador a escolha adequada da forma de envasamento do produto.

1.2 PROBLEMAS E PREMISSAS

O principal problema encontrado e que objetivou o trabalho foi o alto custo de aquisição de sistemas dosadores existentes no mercado estimado em aproximadamente R$ 18.000,00 (dezoito mil reais). O custo elevado desses equipamentos dificultam pequenas empresas a obterem contato com a automação,

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da mão de obra e redução nos custos produtivos.

Então, como desenvolver um sistema de dosagem de líquidos de um reservatório para outros recipientes a um custo reduzido?

Com um protótipo de dosagem automatizada integrada a um sistema supervisório acredita-se ser possível realizar o controle e a supervisão das variáveis em questão no ambiente produtivo de forma automática ou manual através de uma interface amigável ao operador do sistema. Pretende-se com o protótipo, adotar soluções financeiramente viáveis, cujo objetivo final é tornar o processo rápido e confiável.

1.3 OBJETIVOS

1.3.1 OBJETIVO GERAL

Desenvolver o protótipo de um dosador de líquidos contendo um sistema de supervisão e controle.

1.3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Entender os problemas do processo de dosagem de líquidos; Elaborar o projeto elétrico e mecânico do protótipo;

Pesquisar materiais para composição do projeto;

Fabricar e montar os componentes mecânicos do protótipo; Programar e configurar o sistema supervisório e Relé Inteligente; Integrar o sistema supervisório com os componentes de controle; Simular os ciclos do processo;

Realizar testes de validação;

Fazer avaliação final de custos do projeto.

1.4 JUSTIFICATIVA

A idealização do projeto desenvolveu um equipamento que faça o trabalho dos dosadores comerciais, mas com um custo de aquisição reduzido para pequenas empresas. O sistema dispensa a supervisão constante de um operador enquanto o

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processo de dosagem está em andamento necessitando apenas que o mesmo acompanhe o sistema supervisório para verificar se o processo corre como o planejado. Sendo o problema apresentado bastante relevante às indústrias relacionadas, pois além de aperfeiçoar um processo, também envolve questões de ergonomia, evitando a exposição do operador a condições onde haja excesso de esforço físico, atividade repetitiva e também danos físicos causados pelo reabastecimento da mistura.

Tendo em vista a tendência da indústria, que procura cada vez mais equipamentos que apresentem soluções viáveis e também a baixo custo, procurou-se a construção de um equipamento reduzido e automatizado que atenda a necessidade em nível de produção e também que seja economicamente viável e dinâmico para a aplicação.

Este trabalho têm como referência bibliográfica publicações realizadas por grandes empresas no ramo de dosadores líquidos, livros especializados e artigos. Através deste estudo será levantado o modelo do processo definindo as variáveis a serem monitoradas por meio de um CLP que levará informações sobre o processo para o operador. Após a definição do processo de dosagem programada pelo operador no controlador o mesmo poderá se deslocar para outras sessões.

1.5 PROCEDIMENTOS METODOLÓGICOS

O procedimento metodológico utilizado para pesquisa pode ser classificada em pesquisa aplicada, pois se tem a evidência do problema, manipular líquidos ou realizar a dosagem de forma manual, a qual pode ocasionar erro de dosagem e retrabalho. E sua possível solução, através do sistema de supervisão e controle na dosagem de líquidos.

Pesquisa Aplicada: objetiva gerar conhecimentos para aplicação prática dirigida à solução de problemas específicos. Envolve verdades e interesses locais.(EDNA;2001,p.20).

Quanto ao objetivo geral pode-se classificá-la como pesquisa ação, pois a associação da ação dar-se-á no desenvolvimento de protótipo e de um sistema de supervisão e controle, o qual se deseja distribuir uma dosagem pré-determinada de líquidos, a fim de diminuir os erros de dosagem e evitar retrabalho no processo.

Na Figura 1 encontram-se os dados relacionados à metodologia empregada no projeto informando a sequência definida para execução do projeto. A primeira etapa

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nenhuma anormalidade segue-se para a pesquisa de materiais de baixo custo, se estes forem encontrados,segue-se para a fabricação do protótipo, partes mecânica e elétrica.

Após a conclusão da montagem do protótipo e se estiver de acordo, partiu-se para a programação e configuração do sistema, integrando supervisório e sistema de controle. A próxima etapa foi realizar testes e validações, sendo que se o funcionamento estive-se de acordo, poderia verificar os custos de projeto, com mão de obra e materiais.

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Dosador de Líquidos

Fluxograma dos Procedimentos Metodológicos

Verificar custos do projeto

Funcionamento de acordo com o planejado

Pode-se realizar testes com o protótipo Materiais de baixo custo

encontrados

Pesquisar materiais para construção do protótipo

partes mecânicas e elétricas

Integração entre o sistema supervisório e os componentes de controle

Fabricação do protótipo parte: mecânica e elétrica

Protótipo de acordo com o planejado

Simular ciclos e validar testes Programação, configuração do sistema supervisório e CLP É possível a criação do protótipo

Elaborar a proposta para criação do protótipo S S S S S N N N N N INÍCIO N FIM

Figura 1- Fluxograma da metodologia Fonte: Autoria própria

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No Capítulo 1 foram apresentados os objetivos para o desenvolvimento do protótipo de dosagem de líquidos de operação manual e automático a ser construído, assim como a metodologia empregada e justificativa para implementação do sistema.

Encontra-se no Capítulo 2 o marco teórico relacionado aos materiais empregados para o desenvolvimento desse projeto, tais como funcionamento do motor de passo, controlador lógico programado, sistema supervisão, rede de comunicação, entre outros.

O Capítulo 3 descreve de forma detalhada a construção do projeto envolvendo fluxogramas, diagramas do funcionamento do projeto, projeto mecânico e elétrico e descritivo dos softwares empregados no protótipo.

No Capítulo 4 é destinado à prova do produto, isto é, por meio de testes e validações foi verificado o seu funcionamento e o custo final do protótipo, avaliando-se a viabilidade da implantação do projeto.

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2. REFERENCIAL TEÓRICO

Neste capítulo serão abordados assuntos relacionados à pesquisa e fundamentação teórica sobre temas relacionados à elaboração do protótipo de dosagem de líquidos, contendo os principais materiais empregados para o desenvolvimento desse projeto, tais como dosadores, motor de passo, controlador lógico programável, sistema supervisão, rede de comunicação, entre outros.

2.1 DOSADORES

O dosador é um equipamento utilizado para ministrar a quantidade adequada de produtos ou ingrediente necessários num processo. São equipamentos encontrados nas indústrias do gênero alimentício, plásticas e concretos. Seu uso destina-se à preparação de soluções, incrementação de suplementos líquidos, assim eliminando a necessidade de misturar ou reabastecer produtos (EBEL,2004).

Podem-se encontrar diversos tipos de dosadores, divididos de acordo com o material a ser dosado.

2.1.1 DOSADOR GRAVIMÉTRICO (MÁSSICO)

Proporcionam maior precisão e homogeneidade na dosagem de materiais, corantes e aditivos. O material granulado é pesado independentemente por uma célula de carga monitorada por um controlador microprocessado, o qual libera a mistura assim que atinge o peso programado (EBEL,2004).

Esse tipo de dosador é aplicado em indústrias que utilizam produtos particulados mais sólidos que possuem tamanhos e formas variadas

2.1.2 DOSADOR VOLUMÉTRICO

Comportam três componentes simultaneamente, onde, através de um comando microprocessado, controla-se o moto-redutor e o inversor de frequência, o que permite a dosagem contínua da mesma porcentagem garantindo uma precisão da mistura dentro do processo (EBEL, 2004).

Este tipo é utilizado para dosar com intervalos de tempo pré-determinado, aplicado em indústrias que trabalha, com produtos líquidos, em pó ou micro particulados.

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O primeiro CLP surgiu na indústria automobilística americana até então usuário dos relês eletromagnéticos utilizados para controlar operações sequenciadas e repetitivas numa linha de montagem, especificamente na Hydromic Division da General Motors, em 1968, mas havia grande dificuldade para se alterar a lógica de controle de painéis de comando a cada mudança na linha de montagem, o que implicava altos gastos de tempo e dinheiro.

Sob a liderança do engenheiro Richard Morley foi preparado uma especificação que refletia os sentimentos de muitos usuários de relês, não só da indústria automobilística como de toda a indústria manufatureira (CARNEIRO,2010).

A grande vantagem dos controladores programáveis é a possibilidade de reprogramação, permitindo transferir as modificações de hardware em modificações de software.

Nascia, assim, a indústria de controladores programáveis, com um mercado mundial estimado em 4 bilhões de dólares anuais, e que no Brasil é estimado em 50 milhões de dólares anuais (dados de 2005).(UFSM,2012).

Com o sucesso do uso dos CLP’s na indústria, a demanda por novas funções e maior capacidade aumentou consideravelmente.

O CLP é um equipamento com Hardware e software compatível com aplicações industriais, que utiliza uma memória programável para armazenar instruções e para implementar funções específicas, tais como lógica, sequenciamento, temporização, contagem e aritmética controlando por meio de módulos de entradas e saídas vários tipos de máquinas e processos. (RANIERI, 2007, p. 8).

Conforme mencionado por Ranieri,(2007) o CLP é um equipamento composto com Hardware e Software, os quais contém as características mostradas no quadro 1.

Quadro1 - Equipamento CLP Software e Hardware

Hardware Software

Alta confiabilidade (alto MTBF - tempo médio entre falhas;

Programação simples através de linguagens de fácil aprendizagem;

Imunidade a ruídos eletromagnéticos;

Recursos para processamento em tempo real e multitarefa;

Fácil configuração e instalação em trilhos

padronizados ou racks com módulos extraíveis; Monitoração de dados "on-line": Fácil manutenção com auxílio de autodiagnose. Alta velocidade de processamento. Fonte: Ranieri,(2007).

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Segundo a ABNT, o CLP é um equipamento eletrônico digital com hardware e software compatíveis com aplicações industriais.

Para a NEMA (National Electrical Manufactures Association), o CLP é um aparelho eletrônico digital que utiliza uma memória programável para armazenamento interno de instruções para aplicações específicas, como lógica, sequenciamento, temporização, contagem e aritmética, para controlar, através de módulos de entradas e saídas, vários tipos de máquinas ou processos.

Um CLP é um equipamento eletrônico digital que tem por objetivo aplicar funções específicas de controle e monitoração sobre variáveis de uma máquina ou processo.

De forma geral, os controladores lógicos programáveis (CLP’s) são equipamentos eletrônicos de última geração, utilizados em sistemas de automação flexível. Estes permitem desenvolver e alterar facilmente a lógica para acionamento das saídas em função das entradas. Desta forma, pode-se utilizar inúmeros pontos de entrada de sinal para controlar pontos de saída de sinal (cargas).

O controlador programável automatiza processos industriais, de sequenciamento, intertravamento, controle de processos, batelada, etc.

2.3 SISTEMA DE SUPERVISÃO

O termo SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) na automação refere-se a sistemas de supervisão, controle e aquisição de dados composto por um ou mais computadores monitorando e controlando um processo (VIANNA, 2008).

No início de sua utilização (e ainda são encontrados hoje em algumas indústrias), os primeiros sistemas SCADA eram formados por painéis nos quais as informações eram apresentadas por um conjunto de lâmpadas e levadas até o referido painel por uma enorme quantidade de cabos de dados. Todo este aparato não tinha um bom nível de confiabilidade, pois eram frequentemente encontrados vários problemas no sistema de comunicação e à pequena vida útil das lâmpadas que queimavam e podiam gerar alarmes falsos.

Atualmente, os sistemas SCADA utilizam modernas técnicas computacionais que permitiram a correção destes problemas.

Juntamente com os sistemas supervisórios os sistemas de comunicação acompanharam esta evolução de forma que, hoje, facilmente são encontrados sistemas com altíssimos graus de confiança.

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diz respeito a novas técnicas de hardware e software, e a junção destes dois.

Na presença deste contexto acompanha-se a difusão dos sistemas supervisórios no ambiente industrial, onde devido ao bom desempenho apresentado e crescente queda nos custos destes equipamentos pode-se acompanhar a sua utilização em larga escala.

Para Carneiro,(2005), o supervisório é um software destinado a promover a interface homem/máquina, onde proporciona uma supervisão plena de seu processo através de telas devidamente configuradas.

Conforme Regazzi,(2005) o software de supervisão é o responsável pela aquisição direta de dados do controlador lógico programável (CLP). Assim como, pela utilização, organização e gerenciamento. Contém ainda um conjunto de programas, os quais dispõem de interface homem-máquina, gerência de relatórios e alarmes. Com o supervisório é possível configurar de forma individual cada ponto supervisionado, controlado e assim permitir ao usuário definir limites de alarmes, condições de textos para cada estado diferente de um ponto.

O software deve permitir que estratégias de controle possam ser desenvolvidas, através de módulos dedicados para implementação de funções matemáticas e lógicas booleanas. E consequentemente configurar um aplicativo de supervisão e controle das funções de processo. De forma mais operacional o software deve ter entrada de dados manual, através de teclado e tela com campos pré-determinados, para o que operador possa inserir dados (REGAZZI,2005).

2.3.1 Software LabVIEW

LabVIEW (Laboratory Virtual Instrumensts Engineering Workbench) é uma linguagem de desenvolvimento de aplicativos, com linguagem de programação gráfica (G) com ferramentas de programação para construção de sistemas de aquisição de dados, instrumentação e controle, entre outros. A utilização da linguagem G, permite usar uma estrutura em forma de gráficos (painel de interface) e diagramas (instruções e funções lógicas) para criar os códigos de programação em blocos, podendo esses, serem reutilizados em outros aplicativos o que não é comumente encontrado em outras formas de linguagem (REGAZZI,2005).

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Os programas em linguagem G ou VIs (Virtual Instruments), apresentam uma interface interativa e de fácil localização do código fonte, isto é diagrama de fluxo de dados. Com a seguinte estrutura de programação:

Painel Frontal; Diagrama de blocos; Ícone de conexão.

Na figura 2 verifica-se as informações na programação do supervisório LabView, contendo os valores dos indicadores e controladores.

Figura 2 - Painel frontal do supervisório Autor: Autoria Própria

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indicadores, funções, controladores, assim como a constante.

Figura 3 -Diagrama de blocos do supervisório Fonte: Autoria própria

Sobre os dados, este podem ser analógicos ou digitais e tanto podem ocorrer do meio externo para o computador, assim como enviados para o meio externo. Além disso, o LabVIEW fornece acesso a outras aplicações do ambiente Windows através da tecnologia ActiveX ou .NET. devido aos protocolos incluídos no programa, sendo alguns deles específicos para um determinado computador (REGAZZI,2005).

2.4 REDES DE COMUNICAÇÃO

As redes de comunicação foram desenvolvidas para a troca de dados entre computadores. Na área da automação existe uma hierarquia bem definida, dividida em cinco níveis. No quadro 2 visualiza-se a esquerda as funções mais importantes, abaixo estão exemplos de redes que fazem a comunicação entre níveis adjacentes, conforme descrito por (MORAES,2007).

Constante

Indicadores Funções

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Quadro 2 – Hierarquia da Automação

Administração de recursos da empresa. Neste nível encontram-se os softwares para gestão de vendas e financeira.

Nível 5: Gerenciamento

Corporativo Mainframe Ethernet, MAC, TCP/IP

Nível responsável pela programação e pelo planejamento da produção, realizando o controle e a logística de suprimentos.

Nível 4: Gerenciamento de

planta Workstation Ethernet, MAC, TCP/IP

Permite a supervisão do processo. Normalmente possui banco de dados com informações relativas ao processo.

Nível 3: Supervisão Workstation, PC, IHM ControlNet, Profibus FMS, Feldbus HSE

Nível onde se encontram os equipamentos que executam o controle automático das atividades da planta.

Nível 2: Controle CLP, PC, CNC, SDCD Fieldbus H1, CAN, Profibus DP e PA, Hart, ASI, LonWorks, InterBus Nível das máquinas, dos dispositivos e dos componentes

da planta

Nível 1:

Dispositivos de campo, sensores e atuadores

Sensores digitais e analógicos Fonte: Adaptado de (MORAES, 2007).

2.4.1 REDE ETHERNET

Hoje em dia a tecnologia Ethernet é amplamente utilizada em meios industriais e corporativos. Baseada na ideia de pontos da rede enviando mensagens.Sua criação iniciou-se em meados dos anos 1970 Bob Metcalfe, na época trabalhava na Xerox Palo Alto Research Center e sua motivação era conectar estações de trabalho avançadas entre si, com impressoras laser em alta velocidade. Nessa época as conexões entre computadores eram possíveis, mas utilizando apenas baixas taxas de transmissão(SPURGEON, 2000).

Com o passar dos anos houve um aumento da velocidade de transmissão chegando na ordem de até 1Gbit/s e 10 Gigabit Ethernet. Os cabos utilizados podem ser coaxial, fibra ótica ou par trançado, sendo que a topologia e tipos de equipamentos terão tamanhos distintos de acordo com o cabo e o comprimento, porém repetidores podem ser utilizados para aumentar a aérea de transmissão (SPURGEON, 2000).

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O motor de passo é um transdutor, que através de um controle digital, transforma energia elétrica em movimento controlado, possibilitando o deslocamento por passo, sendo este, o menor deslocamento angular.

Graças ao seu tamanho reduzido, baixo custo e adaptação total aos controles digitalizados, houve um expressivo aumento na popularidade deste motor.

Além destas qualidades, outra grande vantagem deste motor é sua estabilidade, pois é capaz de obter uma rotação específica de certo grau, através do cálculo do número de passos por volta, proporcionando grande precisão no movimento, o que não ocorria nos motores antigos, que ao passarem do ponto, precisavam da realimentação.

Segue alguns fatores importantes quanto ao motor de passo:

Graus por Passo É a característica a que se deve maior atenção, pois está relacionada à correta escolha do motor, pois o número de graus por passo está intimamente vinculado com o número de passos por volta, também é referido como resolução, sendo que os valores mais comuns são 0.72, 1.8, 3.6, 7.5, 15 e até 90 graus;

Momento de Frenagem Momento máximo com o rotor bloqueado, sem perda de passos;

Momento (Torque) Efeito rotativo de uma força, medido a partir do produto da mesma pela distância perpendicular, até o ponto em que ela atua partindo de sua linha de ação;

Taxa de Andamento Regime de operação atingido após uma aceleração suave;

Momento de Inércia Medida da resistência mecânica oferecida por um corpo à aceleração angular;

Auto-Indutância Determina a magnitude da corrente média em regimes pesados de operação, de acordo com o tipo de enrolamento do estator: relaciona o fluxo magnético com as correntes que o produzem;

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Resistências Ôhmicas Determina a magnitude da corrente do estator com o rotor parado;

Corrente máxima do estator Determinada pela bitola do fio empregado nos enrolamentos;

"Holding Torque" É o máximo torque que o motor pode desenvolver antes de mudar para o polo seguinte;

Torque Residual É a resultante de todos os fluxos magnéticos presentes nos polos do estator;

Resposta de Passo É o tempo que o motor gasta para executar o comando;

Ressonância O motor de passo tem sua frequência natural característica, sendo que quando o motor atinge esta frequência, ocorre um aumento de ruído e o motor pode perder alguns passos. O valor desta frequência depende do motor, carga e circuito driver, podendo desta forma, modificá-lo através de projeto; Tensão de trabalho Normalmente impresso no próprio chassi do motor, a

tensão em que trabalha o motor é fundamental na obtenção do torque do componente. Tensões acima do estipulado pelo fabricante em seu datasheet, costumam aumentar o torque do motor, porém, tal procedimento resulta na diminuição da vida útil do mesmo. Destaca-se que a tensão de trabalho do motor não necessariamente deve ser a tensão utilizada na lógica do circuito. Os valores normalmente encontrados variam de +5V à +48V. 2.6 VASOS COMUNICANTES

Pode-se dizer que vasos comunicantes são dois ou mais recipientes abertos em cima e interligados, de tal modo que a água despejada num deles flui para os outros (BEDAQUE,2010).

Ressalta-se ainda que essas informações serão utilizadas com o desenvolver deste projeto, principalmente na parte hidráulica.

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Figura 4 -: Vasos comunicantes Fonte: BEDAQUE, 2010

Na figura 4 o vaso da esquerda fará maior pressão ao da direita à medida que torneira vai se abrindo, conforme relata.

“A pressão exercida pela água é tanto maior quanto maior é altura da coluna de água. Se abrirmos a torneira, a água será empurrada para o vaso da direita, devido a pressão. O movimento cessará quando o nível da água ficar igual nos dois vasos, pois assim a pressão nos dois lados ficará igual”(BEDAQUE, 2010).

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3. DESENVOLVIMENTO

O capítulo Desenvolvimento foi realizado com base no fluxograma ilustrado na figura 1 e é destinado as informações inerentes a elaboração do protótipo do Dosador de Líquidos, no qual são abordados assuntos referentes ao projeto e construção da estrutura mecânica, elétrica e softwares.

3.1 PROJETO MECÂNICO

O projeto mecânico do protótipo de dosador automático de líquidos foi desenvolvido através da utilização do software CAD SolidWorks. Através deste software pôde-se criar, modificar e integrar todos os componentes do projeto antes da sua usinagem e construção, o que ajudou a reduzir tempo de projeto e gastos com usinagem.

Figura 5 - Vista Isométrica do Projeto Fonte: Autoria própria

A figura 5 representa uma visão geral do protótipo desenvolvido pela equipe, ilustrando os principais componentes desse projeto como os recipientes, o pórtico, o reservatório e os equipamentos de automação utilizados.

Recipientes

Reservatório

Equipamentos de Automação Pórtico

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3.1.1 BASE MECÂNICA

Para construção da base mecânica do protótipo, foi utilizado um retângulo de madeira de com as dimensões 800x500x20 mm, devido ao seu baixo custo e facilidade em realizar possíveis adaptações mecânicas por se tratar de um material de baixa dureza.

Figura 6 - Base Mecânica do Projeto Fonte: Autoria Própria

A figura 6 ilustra a base mecânica, o qual estão alocados o reservatório de água, com capacidade de armazenar 0,5 litros do líquido a ser dosado, o porta cabos com o intuito de proteger o operador e o equipamento dos cabos elétricos que compõem o protótipo e o suporte necessário para a elevação do pórtico.

3.1.2 SISTEMA DE DESLOCAMENTO LINEAR

O sistema de deslocamento linear para o posicionamento do dosador é composto por uma barra roscada comercial de 1/8” como fuso e paralelamente a ele duas barras circulares de aço (ferro-carbono SAE 1045) com bitola de 12 mm que servem como guias, garantindo o paralelismo sem travamentos.

Reservatório

Porta Cabos

Suportes para fixação do pórtico

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Figura 7 - Sistema de deslocamento linear Fonte: Autoria própria

A figura 7 mostra em detalhes seu conjunto composto por um carrinho ou pórtico, o qual se desloca linearmente à medida que o fuso gira. No pórtico é fixada uma mangueira de látex com diâmetro externo de 8 mm, responsável pela distribuição do líquido alocado no reservatório entre os recipientes e um sensor indutivo responsável pela identificação de cada recipiente. Os recipientes foram confeccionados em acrílico, divididos igualmente com capacidade volumétrica de aproximadamente 90 ml.

No apêndice A estão referenciados todos os componentes utilizados no projeto, assim como a tabela com os materiais do projeto.

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3.2 PROJETO ELÉTRICO

Nos processos de automação industrial para se obter uma boa visão do mesmo, como um todo, inicia-se o projeto com elaboração de um diagrama elétrico.

O projeto elétrico do protótipo foi desenvolvido através do software CAD Eplan Electric P8. Por meio desse software pôde-se desenvolver um projeto sólido e funcional, facilitando na montagem dos componentes elétricos necessários para o correto funcionamento do projeto.

A base mecânica do protótipo possui um trilho DIN 35 mm, comumente utilizado em painéis elétricos, onde estão alocados o controlador lógico programável, a fonte de alimentação, o disjuntor de proteção e o driver do motor de passo. No quadro 3 é mostrada a lista dos principais materiais elétricos utilizados para o desenvolvimento do protótipo:

Quadro 3: Principais Materiais Elétricos Utilizados

Principais Materiais Elétricos Utilizados no Protótipo

Quantidade Descrição

1 Fonte de Alimentação 24Vcc 2.5A

1 CLP Compacto Moeller EC4P-222-MTXX1 sem IHM 1 Driver do Motor de Passo AKDMP5

1 Motor de Passo AK17/1.10F6LN1.8

2 Sensor Fim-de-Curso

1 Sensor indutivo M18 10

1 Bomba d’Água 127Vac

Fonte: Autoria própria

3.2.1 CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMÁVEL

O controlador lógico programável utilizado nesse protótipo foi o EC4P-222-MTXX1, modelo sem IHM, da marca Eaton para realizar as tarefas comandadas pelo software supervisório. Sua escolha foi aprovada pela equipe, pois seu software de programação XSOFT-CODESYS V2.3.9 SP2 é conhecido por todos, o que facilitou a programação da lógica de controle do projeto e foi cedido pela empresa Full Time Automation sem custo algum para a equipe neste projeto.

Dotado de doze (12) entradas digitais, oito (08) saídas digitais e uma (01) porta de comunicação ethernet, esse CLP compacto atende a todos os requisitos necessários para o correto funcionamento do protótipo.

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Quadro 4: Mapeamento do CLP Mapeamento do CLP Entradas Digitais Descrição Saídas Digitais Descrição

Entrada 01 Fim de Curso Esquerda Saída 01 Seleção de Direção do Motor de Passo Entrada 02 Fim de Curso Direita Saída 02 Ligar Pulsador para Motor de Passo Entrada 03 Sensor Posição Saída 03 Ligar Bomba da Água

Entrada 04 N/A Saída 04 Ligar Driver

Entrada 05 N/A Saída 05 N/A

Entrada 09 N/A Entrada 10 N/A Entrada 11 N/A Entrada 12 N/A Fonte: Autoria própria

3.2.2 MOTOR DE PASSO

Para o correto deslocamento do protótipo, a equipe decidiu utilizar um motor de passo da marca Akiyama, modelo AK17/1.10F6LN1.8. As especificações técnicas do motor de passo utilizado estão informadas na figura 8:

Figura 8 - Especificações Técnicas do Motor de Passo Fonte: NEOYAMA, 2013.

Para o controle do motor de passo utiliza-se o driver AKDMP5-1.7A que possui um circuito desenvolvido para obter melhor desempenho em alta velocidade. É um driver bipolar Chopper que utiliza o sistema PWM (modulação por largura de pulso) produzindo um maior torque e estabilidade do motor além de possibilitar a utilização do sinal PNP ou NPN para realizar o controle de pulso e direção. A figura 9 descreve as especificações técnicas do driver utilizado para este projeto:

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Figura 9 - Especificações técnicas do driver AKDMP5-1.7A Fonte: NEOYAMA, 2013.

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3.3 SOFTWARE SUPERVISÓRIO

O software supervisório dessa aplicação foi desenvolvido através plataforma LabView devido aos seus recursos disponíveis que atendem plenamente o escopo do projeto.

Foram desenvolvidas seis (06) telas principais para operação, manutenção e relatórios do ciclo de produção do protótipo de dosagem automatizada.

3.3.1 TELA DE LOGIN

Na tela de login, ilustrada na figura 10, o usuário pode entrar com seu usuário e senha para ter acesso as telas liberadas para seu nível de acesso.

Figura 10 - Tela de Login Fonte: Autoria própria

Por padrão, foram desenvolvidos três (03) níveis de acesso conforme mostra o quadro 5. Há possibilidade de criar mais níveis de acesso na tela de cadastro de usuários.

Entrar com o nome de usuário

Entrar com a senha do usuário

Cancelar Login Fazer login no

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Nível de Acesso Telas Liberadas

Gerente

Tela de Operação Tela de Histórico

Tela de Cadastro de Receitas Tela de Cadastro de Usuários Tela de Manutenção

Supervisor

Tela de Operação Tela de Histórico

Tela de Cadastro de Receitas Tela de Manutenção

Operador Tela de operação

3.3.2 TELA DE CADASTRO DE USUÁRIOS

Na tela de cadastro de usuários, ilustrado na figura 11, o operador de nível gerencial pode cadastrar novos usuários ou excluir usuários de acordo com seu nível hierárquico na empresa, limitando as telas libradas conforme demonstrado no quadro 5.

Figura 11 - Tela de Cadastro de Usuário Fonte: Autoria própria

Tabela de Usuários Cadastrados

Excluir Usuário

Inserir Novo Usuário Digitar Nome de Usuário Criar Senha do Usuário Determinar nível de acesso do usuário

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3.3.3 TELA DE OPERAÇÃO

Na tela de operação, ilustrada na figura 12, o usuário pode escolher qual receita será utilizada, iniciar o ciclo de operação, abortar o ciclo caso haja alguma situação de emergência e realizar o setup de posição do pórtico para que a dosagem dos produtos selecionados estejam nos recipientes corretos.

Figura 12 - Tela de Operação Fonte: Autoria própria

Menu de seleção de receita Nome da receita selecionada Iniciar ciclo produtivo Abortar operação Realizar setup do pórtico

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3.3.4 TELA DE CADASTRO DE RECEITAS

Na tela de cadastro de receitas, ilustrada na figura 13, o usuário pode criar receitas de acordo com sua necessidade. Primeiro o usuário nomeia uma receita e digita quantos recipientes serão dosados. Ao criar o arquivo de receita, seleciona-se o nível a ser dosado clicando nos recipientes representados na figura 11.

Figura 13 - Tela de Cadastro de Receitas Fonte: Autoria própria

Digitar nome da receita Criar arquivo

da receita

Abrir receita pré existente

Excluir receita selecionada

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3.3.5 TELA DO HISTÓRICO

Na tela histórico, ilustrada na figura 14, é gerado um relatório das operações realizadas com registro de data, hora, usuário, quantidade de recipientes dosados, o status do ciclo (concluído ou abortado) e a quantidade de líquido selecionada para cada recipiente.

Esse relatório é exportado para um arquivo em “.txt” e pode ser aberto em programas como Microsoft Excel com o objetivo de gerar gráficos para análise gerencial.

Figura 14 - Tela Histórico Fonte: Autoria própria

Selecionar arquivo desejado Data do histórico selecionado Relatório de gerenciamento da produção

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3.3.6 TELA DE MANUTENÇÃO

Na tela de manutenção, ilustrada na figura 15, pode-se forçar as entradas e saídas digitais do CLP para simular alguma situação durante o ciclo produtivo ou realizar manutenção em algum dispositivo que esteja com avaria. Nesta tela, também, se pode ajustar o tempo inicial de dosagem, que é o tempo em que o sistema demora a iniciar a dosagem do líquido e ajustar o tempo de dosagem da bomba d’água, onde se ajusta o tempo para o protótipo dosar 10 ml nos recipientes.

Figura 15 - Tela de Manutenção Fonte: Autoria própria

Visualização das entradas digitais do sistema Simulação das saídas digitais do sistema Habilitar o modo de manutenção Ajustar o tempo para dosar 10 ml

Ajustar o tempo para retirar o ar da mangueira

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4. TESTES E VALIDAÇÃO

O capítulo 4 é destinado ao teste e validação do protótipo do dosador de líquidos automatizado, com o objetivo de analisar os valores obtidos em cada teste, seja ele manual ou automático e, além disso, observar o funcionamento das estruturas mecânica e elétrica e verificar se a programação e o supervisório necessitam de melhorias.

Salienta-se que para o processo de dosagem, o líquido utilizado é a água, inserida em um reservatório de acrílico que está alocado na base mecânica do protótipo.

Para acessar o supervisório é necessário entrar com login e senha, o qual ficará armazenado no banco de dados. Quando algum procedimento for realizado, o usuário ficará associado ao mesmo no final do processo, gerando um arquivo “.txt” o qual poderá ser utilizado pelo gestor.

4.1 TESTE MANUAL

Inicia-se os testes com o processo manual, no qual consiste em verificar o sistema de movimentação do pórtico (carrinho) no avanço e retorno através do acionamento do motor de passo. Após a certificação da movimentação do pórtico, informa-se o sistema para zerar sua posição, realizando o set up do protótipo.

Na tela de manutenção, pode-se verificar o acionamento dos sensores fim-de-curso e indutivo, assim como ajustar os tempos de dosagem da bomba d’água e início da dosagem nos recipientes. Juntamente com o deslocamento, observa-se se o sensor indutivo está detectando o posicionamento em cada recipiente, os quais são numerados de 1 a 10.

Ao final, as saídas do CLP são forçadas para verificar o funcionamento do hardware (bomba d’água e movimentação do pórtico), o qual está funcionamento corretamente. Após a verificação de todo o sistema, o ciclo produtivo no modo automático está apto a realizar as dosagens.

4.2 TESTE AUTOMÁTICO

Para o início dos testes automáticos utilizaram-se as receitas pré-definidas, isto é, existe a possibilidade de armazenar receitas feitas anteriormente de dosagens determinadas e chamá-las para um novo ciclo de produção.

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o objetivo de analisar qual a quantidade, em mililitros, de água esse recipiente suporta. Uma questão importante quanto aos recipientes utilizados é que a medida em cada um dos 10 recipientes sofrerá uma pequena diferença, pois como a construção do mesmo foi artesanal e para vedar os recipientes foi utilizado silicone, permaneceu uma camada sobressalente ao final de cada recipiente, obtendo uma pequena nuance no valor final de cada recipiente.

O valor encontrado em mililitros de água para o recipiente 01 foi de 90 ml, Para valor de representatividade será utilizado 80 ml como capacidade máxima de cada recipiente, pois este valor fica melhor representado no supervisório.

Finalizado o ensaio no recipiente 01, iniciou-se o segundo ciclo para dosar 50 ml no recipiente 02 e observar, através de uma seringa cirúrgica, a quantidade real dosada no recipiente. Ao final desse processo o valor real (42 ml) não era compatível com a medida definida em software (50 ml).

Para comprovar o evento ocorrido no ensaio anterior, partiu-se para o terceiro ensaio no recipiente 03, selecionando a dosagem de 10 ml no software. Novamente o valor real obtido (6 ml) não é compatível com a medida definida no software (10 ml).

Os resultados obtidos nos ensaios realizados são mostrados na tabela 1.

Recipiente Valor Software (ml) Valor Real (ml) Erro (%) 1 80 80 0 2 50 42 8 3 10 6 4

Tabela 1: Resultados obtidos antes dos ajustes no sistema Fonte: Autoria própria

Após a realização dos três ensaios, a equipe começou a analisar se haveria falhas na capacidade volumétrica dos recipientes, o tempo para o deslocamento do líquido do reservatório percorrendo toda a extensão da mangueira e a varredura do programa de CLP. Todo o sistema estava agindo como o esperado, porém a quantidade de líquido dosado em cada recipiente não estava conforme o planejado.

Ao longo dos testes, foram encontrados falhas no processo. A equipe descobriu que há um tempo determinado o qual não estava inserido na lógica de programação e que seria necessário para o sistema retirar o ar da mangueira e iniciar

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o processo de dosagem nos recipientes. Por meio de método empírico foi determinado o valor de 800 ms.

Outra questão importante foi o valor do tempo de vazão da bomba d’água para dosar 1 ml de líquido nos recipientes, onde novamente por método empírico foi determinado o valor de 70 ms.

Um ponto importante de salientar é a manutenção do nível de água no reservatório, pois à medida que o nível do líquido abaixa, a pressão exercida pelo mesmo diminui, ocasionando uma diferença na dosagem de mesma quantidade em dois recipientes distintos. Como o protótipo não possui nenhum sistema de reabastecimento automático, a maneira encontrada para prosseguimento dos testes foi a marcação do nível no reservatório e de forma manual a inserção de água mantendo seu nível constante.

Após esses ajustes, os ensaios desenvolvidos anteriormente foram realizados novamente simulando a receita nos três recipientes e os resultados obtidos são mostrados na tabela 2.

Recipiente Valor Software (ml) Valor Real (ml) Erro (%) 1 80 82 2 2 50 51 1 3 10 11 1

Tabela 2: Resultados obtidos após os ajustes no sistema Fonte: Autoria própria

O terceiro ensaio com o sistema automático, consistiu em verificar o funcionamento do protótipo dosando uma quantidade determinada randomicamente em todos os recipientes (01 a 10) e verificar o funcionamento mecânico, elétrico e software do mesmo a fim de analisar o comportamento do sistema.

Ao final do processo os valores obtidos ficaram dentro do estipulado pela equipe, ressaltando que foi necessário a cada dosagem preencher o reservatório para manter seu nível de líquido.

Observou-se que o sistema linear se movimenta de forma lenta, devido ao sistema de movimentação selecionado com uma barra roscada de passo pequeno, porém com bom funcionamento linear. Além disso, os recipientes a serem dosados e os sensores fim de curso e indutivo foram realinhados com o objetivo de melhor funcionamento do protótipo. A tabela 3 ilustra os resultados obtidos no ensaio simulando o ciclo completo.

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Recipiente Valor no Software (ml) Valor Real (ml) (%) 1 10 11 1 2 20 19 1 3 30 32 2 4 40 40 0 5 40 41 1 6 50 48 2 7 50 51 1 8 60 60 0 9 70 71 1 10 80 78 2

Tabela 3: Resultados obtidos após o ciclo de dosagem completo Fonte: Autoria própria

O último ensaio foi a simulação de uma parada de emergência durante o ciclo de operação acionando o sensor fim de curso para simular tal situação. O teste foi satisfatório, pois ao acionar o fim de curso foi confirmado que há paralisação do sistema e ao acionar o comando zerar posição o sistema retorna à posição inicial.

Ao final dos ensaios, pode-se obter um relatório de gerenciamento do sistema, contendo data, hora, usuário responsável pela operação, status do ciclo, quantidade de recipientes dosados e as quantidades de líquidos em cada recipiente.

4.3 VALIDAÇÕES

Para executar vários ensaios, a equipe realizou a vistoria na estrutura mecânica do protótipo, verificando a fixação da base do pórtico, as conexões das polias com o motor de passo e garantindo a correta posição dos recipientes dosados.

Posteriormente houve a verificação da parte elétrica do protótipo, inspecionando as ligações dos sensores e atuadores no CLP, a tensão de saída da fonte de alimentação, os comandos do driver do motor de passo, o posicionamento dos sensores indutivo e fim de curso e por fim verificando se os softwares do sistema supervisório e CLP estavam comunicando corretamente com todo o sistema.

O ensaio em modo manual obteve um resultado dentro do esperado pela equipe, sendo que as programações desenvolvidas e os acionamentos dos sensores e atuadores corresponderam ao previsto.

Nos testes em modo automático, a equipe reconfigurou algumas anomalias do sistema como a parte hidráulica e movimentação do pórtico. Em seguida, foi analisado todo o ciclo produtivo do protótipo realizando a dosagem de todos os

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recipientes e observou-se que os valores obtidos ficaram dentro dos parâmetros aceitáveis. Ao final do ciclo produtivo obteve-se o relatório de gerenciamento de todas as receitas utilizadas.

4.4 ANÁLISE DE CUSTO TOTAL DO PROJETO

A tabela 4 mostra os valores inicialmente previstos pela equipe para o desenvolvimento do protótipo.

Valor gasto para o desenvolvimento do projeto

Descrição Valor Total

Base da estrutura mecânica R$ 150,00

Suporte para o pórtico R$ 50,00

Sistema de deslocamento linear R$ 200,00

Recipientes R$ 50,00

Reservatório R$ 90,00

Fonte 24Vcc 2.5A R$ 110,00

Controlador lógico programável R$ 1.200,00

Motor de passo R$ 50,00

Driver do motor de passo R$ 100,00

Bomba d'água R$ 20,00

Acessórios elétricos (bornes, cabos, etc.) R$ 20,00

Mão de obra R$ 1.200,00

Valor Total do Protótipo R$ 3.240,00

Tabela 4: Orçamento previsto para o desenvolvimento do protótipo Fonte: Próprio Autor

A tabela 5 mostra os valores gastos pela equipe com componentes e mão de obra utilizados com o desenvolvimento do protótipo.

Fonte 24Vcc 2.5A R$ 150,00

Motor de passo R$ 80,00

Driver do motor de passo R$ 160,00

Bomba d'água R$ 40,00

Tabela 5: Valor gasto para o desenvolvimento do protótipo Fonte: Próprio Autor

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melhorias para maior desempenho do protótipo.

Fonte 24Vcc 2.5A R$ 150,00

Servomotor R$ 1.210,00

Driver do servomotor R$ 670,00

Bomba peristáltica R$ 13.000,00

Tabela 6: Valor previsto para as melhorias no desenvolvimento do protótipo Fonte: Próprio Autor

A tabela 7 mostra os valores levantados para desenvolver o protótipo aplicando as melhorias para a diminuição do custo do protótipo.

Recipientes R$ 50,00 Reservatório R$ 90,00 Fonte 24Vcc 2.5A R$ 150,00 CLP Arduíno R$ 150,00 Motor CC R$ 80,00 Bomba d'água R$ 50,00

Tabela 7: Valor previsto para a redução nos custos do protótipo Fonte: Próprio Autor

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5. CONCLUSÃO

O projeto de um protótipo de um dosador de líquidos automatizados, no qual um operador define o volume de líquido a ser inserido em determinados recipientes até a finalização do ciclo de trabalho foi satisfatório. Houve a integração dos conceitos aprendidos em sala de aula com a interação do empreendedorismo da equipe em desenvolver um projeto com o objetivo de atender diversas empresas que necessitam dosar líquidos, porém não possuem capital financeiro para investir acima de R$ 13.000,00 (treze mil reais) em um dosador para a melhoria de seu processo produtivo. O orçamento inicial previsto para o projeto foi de R$ 3.240,00 (três mil, duzentos e quarenta reais) mostrado na tabela 4 da página 41, porém ao final do desenvolvimento o valor final do projeto foi de R$ 5.260,00 (cinco mil, duzentos e sessenta reais) mostrado na tabela 5 da página 41. Para que o projeto possa ser usado em escalas industriais serão necessárias algumas melhorias destacadas na tabela 6 da página 42, resultando em um custo de aproximadamente R$ 19.390,00 (dezenove mil, trezentos e noventa reais).

Para redução nos custos do projeto, outros materiais poderiam ser substituídos conforme apresentados na tabela 7 da página 42, resultando em um custo de aproximadamente R$ 3.590,00 (três mil, quinhentos e noventa reais).

Quanto ao funcionamento do protótipo, tem-se de forma adequada e dentro do planejado pela equipe, pois o protótipo faz a dosagem conforme os dados inseridos pelo operador e ao final do processo disponibiliza um relatório de gerenciamento de produção onde o gestor possui todas as informações necessárias para implementar melhorarias na produtividade ou no processo da empresa como um todo.

5.1 MELHORIAS PROPOSTAS PARA O PROTÓTIPO

As sugestões de melhorias são apresentadas em (02) opções a seguir:

5.1.1 MELHORIA PARA MAIOR DESEMPENHO DO PROTÓTIPO

Para que o processo de dosagem funcione de forma rápida e precisa, sugere-se que ocorra a substituição dos itens mostrados no quadro 6.

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Componente Atual

Componente

Sugerido Objetivo da Substituição

Motor de passo Servo motor Melhorar a movimentação do pórtico de forma rápida e precisa

Bomba d'agua Bomba peristáltica Melhorar a precisão das dosagens realizadas

Não contém Válvula hidráulica Diminuir a quantidade de ar acumulado na mangueira após as dosagens

5.1.2 MELHORIA PARA DIMINUIÇÃO DO CUSTO DO PROTÓTIPO

Para obter um menor custo no desenvolvimento do protótipo, sugere-se a substituição dos itens destacados no quadro 7.

Quadro 7: Sugestões de Melhorias para diminuição do custo do protótipo

Componente Atual Componente Sugerido Objetivo da Substituição Motor de passo Motor CC Diminuir o custo do projeto

CLP Circuito Eletrônico Diminuir o custo do projeto Fonte: Autoria própria

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